记得刚毕业找工作面试的时候，经常会被问到：你知道“3次握手，4次挥手”吗？这时候我会“胸有成竹”地“背诵”前期准备好的“答案”，第一次怎么怎么，第二次……答完就没有下文了，面试官貌似也没有深入下去的意思，深入下去我也不懂，皆大欢喜！

作为程序员，要有“刨根问底”的精神。知其然，更要知其所以然。这篇文章希望能抽丝剥茧，还原背后的原理。

什么是“3次握手，4次挥手”

TCP是一种面向连接的单播协议，在发送数据前，通信双方必须在彼此间建立一条连接。所谓的“连接”，其实是客户端和服务器的内存里保存的一份关于对方的信息，如ip地址、端口号等。

TCP可以看成是一种字节流，它会处理IP层或以下的层的丢包、重复以及错误问题。在连接的建立过程中，双方需要交换一些连接的参数。这些参数可以放在TCP头部。

TCP提供了一种可靠、面向连接、字节流、传输层的服务，采用三次握手建立一个连接。采用4次挥手来关闭一个连接。

TCP服务模型

在了解了建立连接、关闭连接的“三次握手和四次挥手”后，我们再来看下TCP相关的东西。

一个TCP连接由一个4元组构成，分别是两个IP地址和两个端口号。一个TCP连接通常分为三个阶段：启动、数据传输、退出（关闭）。

当TCP接收到另一端的数据时，它会发送一个确认，但这个确认不会立即发送，一般会延迟一会儿。ACK是累积的，一个确认字节号N的ACK表示所有直到N的字节（不包括N）已经成功被接收了。这样的好处是如果一个ACK丢失，很可能后续的ACK就足以确认前面的报文段了。

一个完整的TCP连接是双向和对称的，数据可以在两个方向上平等地流动。给上层应用程序提供一种双工服务。一旦建立了一个连接，这个连接的一个方向上的每个TCP报文段都包含了相反方向上的报文段的一个ACK。

序列号的作用是使得一个TCP接收端可丢弃重复的报文段，记录以杂乱次序到达的报文段。因为TCP使用IP来传输报文段，而IP不提供重复消除或者保证次序正确的功能。另一方面，TCP是一个字节流协议，绝不会以杂乱的次序给上层程序发送数据。因此TCP接收端会被迫先保持大序列号的数据不交给应用程序，直到缺失的小序列号的报文段被填满。

TCP头部

源端口和目的端口在TCP层确定双方进程，序列号表示的是报文段数据中的第一个字节号，ACK表示确认号，该确认号的发送方期待接收的下一个序列号，即最后被成功接收的数据字节序列号加1，这个字段只有在ACK位被启用的时候才有效。

当新建一个连接时，从客户端发送到服务端的第一个报文段的SYN位被启用，这称为SYN报文段，这时序列号字段包含了在本次连接的这个方向上要使用的第一个序列号，即初始序列号ISN，之后发送的数据是ISN加1，因此SYN位字段会消耗一个序列号，这意味着使用重传进行可靠传输。而不消耗序列号的ACK则不是。

头部长度（图中的数据偏移）以32位字为单位，也就是以4bytes为单位，它只有4位，最大为15，因此头部最大长度为60字节，而其最小为5，也就是头部最小为20字节（可变选项为空）。

ACK —— 确认，使得确认号有效。
RST —— 重置连接（经常看到的reset by peer）就是此字段搞的鬼。
SYN —— 用于初如化一个连接的序列号。
FIN —— 该报文段的发送方已经结束向对方发送数据。

当一个连接被建立或被终止时，交换的报文段只包含TCP头部，而没有数据。

状态转换

三次握手和四次挥手的状态转换如下图。